Wat is het principe van zonnecelopwekking?

Nu verschijnen er steeds meer zonnecellen in het gezichtsveld van mensen. Zolang er zonlicht is, kan het stroom genereren, wat niet al te handig is. Wat is het principe? Vandaag zal ik kort en enigszins diepgaand ingaan op het principe van energieopwekking van de meest voorkomende kristallijn silicium zonnecellen.

Allereerst moeten we de grondstof van kristallijn silicium zonnecellen introduceren: silicium. Deze zwarte en enigszins metalen dingen zijn polysilicium in eerste instantie bereid door middel van een aantal chemische methoden. Silicium is een halfgeleidend materiaal, wat betekent dat de geleidbaarheid ervan tussen die van een geleider en een isolator ligt. In tegenstelling tot metalen hebben de dragers van silicium naast elektronen ook iets dat gaten wordt genoemd.

Wat is een gat?

Er zijn vier elektronen in de buitenste laag van het siliciumatoom. Als sommige elektronen een bepaalde hoeveelheid energie van de buitenwereld krijgen, zullen ze losbreken en vrije elektronen worden, en de oorspronkelijke positie van de elektronen zal een leegte worden, en deze leegstand is een gat. We weten allemaal dat elektronen negatief geladen zijn, dus gaten zijn gelijk aan een positief geladen drager.

Welnu, dit wetende, is het volgende waar we het over willen hebben P-type silicium en N-type silicium. Dit is heel eenvoudig, P-type silicium betekent dat gaten de meerderheidsdragers zijn, en N-type silicium betekent dat elektronen de meerderheidsdragers zijn. Wat? U zegt dat het aantal elektronen en gaten hetzelfde moet zijn? Hmm~ Als de zuiverheid van silicium 100% is, is het aantal natuurlijk hetzelfde, maar wat als we een deel van het silicium in het element silicium vervangen door een element met vijf elektronen in de buitenste laag van het atoom? Wat als je het vervangt door een element met slechts drie elektronen in de buitenste schil?

De twee elementen die het meest in silicium zijn gedopeerd, zijn fosfor (+5 valentie) en boor (+3 valentie).

Dan is er iets dat een PN-junctie wordt genoemd, wat niet alleen een stuk P-type silicium en een stuk N-type silicium is. Over het algemeen wordt een oppervlak van een stuk P-type silicium gedopeerd met fosfor om een laag N-type silicium te vormen, en vice versa, zodat een PN-junctie wordt gevormd in het gebied waar het P-type silicium en het N-type silicium met elkaar communiceren.

De vorming van PN-knooppunten is heel eenvoudig. Omdat er veel vrije gaten in P-type silicium zitten, en er veel vrije elektronen in N-type silicium zitten, zullen door het verschil in concentratie de gaten in P-type silicium diffunderen tot N-type silicium, terwijl het N-type silicium meer vrije elektronen heeft. Elektronen in silicium diffunderen ook in P-type silicium. Op deze manier wordt een elektrisch veld gevormd in het gebied waar het P- en N-type silicium elkaar ontmoeten. We noemen het een ingebouwd elektrisch veld. Naarmate de diffusie vordert, zal de elektrische veldsterkte groter en groter worden en zal het elektrische veld de gaten naar het P-type silicium duwen. richting duwen. Ten slotte vormen de elektrische veldkracht en het concentratieverschil een balans, waardoor een stabiele PN-junctie wordt verkregen.

Nu het laatste deel. Hoe wekt het PN-knooppunt elektriciteit op? Als halfgeleider heeft silicium nog een belangrijke eigenschap. Dat wil zeggen, wanneer er licht is, zullen de elektronen in de buitenste laag silicium energie van het licht krijgen om vrije elektronen te worden en een gat in de oorspronkelijke positie achter te laten om een elektron-gatpaar te vormen. Als deze groep elektronen-gatparen wordt gegenereerd in het gebied waar het elektrische veld is gebouwd in de PN-junctie, onder invloed van de elektrische veldkracht, zullen de gaten naar het P-gebied bewegen en de elektronen naar het N-gebied. Op deze manier wordt een potentiaalverschil gegenereerd over het PN-knooppunt. Als we de twee uiteinden van de PN-junctie verbinden met de elektrode en deze vervolgens inschakelen, wordt er een stroom gegenereerd.

Bovenstaande is het energieopwekkingsprincipe van zonnecellen. Het principe is vrij eenvoudig, maar in het productieproces, om de efficiëntie van de batterij te verbeteren, zijn er veel andere processen die moeten worden verbeterd.